探究城鎮污水處理廠進水碳源利用潛力及分配策略

摘要：我國城鎮污水處理廠存在總氮不穩定以及總氮濃度超標等方面問題，而該問題的出現，主要是由于進水中有機碳源不足所導致的。由于傳統污水處理廠在進行初沉池的設置時，存在對非溶解性有機物攔截效果不佳的情況，所以會造成非溶解有機物質進入到生物處理單元中的問題，會直接增加二級生物處理單元負擔，導致水廠運行成本過高，進而形成惡性循環。為解決該項問題，城鎮污水處理廠開始加大對進水碳源利用潛力的研究力度，并對碳源分配方式方法展開了深度探討。將以某城鎮污水處理廠為例，對城鎮污水處理廠進水碳源利用潛力及分配策略展開全方面探討，希望能夠為我國城鎮污水處理廠改進和發展提供一些參考。

關鍵詞：優質碳源城鎮污水處理廠甲烷碳源利用潛力

中圖分類號：X703

ExploringthePotentialandAllocationStrategiesofCarbonSourceUtilizationinUrbanSewageTreatmentPlants

CHENXiaojunLONGHuiLUSong

CentralandSouthernChinaMunicipalEngineeringDesignandResearchInstituteCo.，Ltd.，Wuhan，HubeiProvince，430010China

Abstract：ThereareproblemswithunstabletotalnitrogenandexcessivetotalnitrogenconcentrationinurbansewagetreatmentplantsinChina，whicharemainlycausedbyinsufficientorganiccarbonsourcesintheinflow.Duetothepoorinterceptioneffectofnondissolvedorganicmatterinthesettingoftheinitialsedimentationtankintraditionalsewagetreatmentplants，itcancausetheproblemofnondissolvedorganicmatterenteringthebiologicaltreatmentunit，directlyincreasingtheburdenonthesecondarybiologicaltreatmentunit，resultinginhighoperatingcostsofthewaterplantandthenformaviciouscycle.Toaddressthisissue，urbansewagetreatmentplantshaveincreasedtheirresearcheffortsonthepotentialutilizationofinfluentcarbonsourcesandconductedin-depthdiscussionsoncarbonsourceallocationmethods.Thearticlewilltakeacertainurbansewagetreatmentplantasanexampletocomprehensivelyexplorethepotentialforcarbonsourceutilizationandallocationstrategiesintheinflowofurbansewagetreatmentplants，hopingtoprovidesomereferencefortheimprovementanddevelopmentofurbansewagetreatmentplantsinChina.

KeyWords：Highqualitycarbonsource;Urbansewagetreatmentplant;Methane;Potentialofcarbonsourceutilization

如果城鎮污水處理廠中的進水有機質相對較多，會因為非溶解性物質無法作用于生物脫氮除磷處理，而導致污水處理成本增加，污水處理效果無法達到預期目標。為解決該項問題，污水處理廠開始嘗試對進水碳源利用潛力進行深度挖掘，做好進水中非溶解性有機物質攔截，通過對其一部分進行降解，另一部分進行生物質能源回收的方法，確保能夠做好污水處理和資源分配，以便達到合理進行污水處理的目標，保證污水處理成本和相關資源的利用率[1]。

1工程基本情況

本次項目為重慶市某污水處理廠改造工程，該污水處理廠建于1993年，主要以二級處理工藝為主，通過兩段活性污泥法的方式，完成污水處理。經過改造升級之后，水廠總體處理規模得到顯著拓展，會對輕工以及紡織等工業廢水進行嚴格處理。一期工程仍然采用AB處理方法，而二期處理工程通過對碳源潛力的應用，做好相關分配，保證污水處理效果。經過對污水處理水質近一年的監測發現，此種處理方法能夠實現污水進行科學處理的目標，進水可生化性能較為理想[2-3]。

2基本思路分析

傳統污水處理廠污水處理流程如圖1所示，在進行污染物質降解處理過程中，存在降解效率相對有限的問題，會有大量有機物質直接進入二級處理單元之中，導致二級生物處理難度相對較大。而該問題的產生，主要是因為非溶解性有機物質無法用于污水脫氮除磷處理所造成的，與二級生物處理單元中的碳源不足有著密切關聯。基于此，污水處理廠開始對非溶解性碳和厭氧消化性能進行全方面研究，并開始將非溶解性碳源運用到了厭氧水解酸化降解之中，通過此種工藝獲得優質碳源。會對截流非溶解性碳源進行厭氧消化以及水解酸化兩種處理，通過進行科學分配的方法，確保能夠在做好生物脫碳除磷的同時，實現對化學強化初沉污泥中生物質能源進行有效回收的目標。在具體進行分配處理時，一方面，會對化學強化初沉泥污泥實施分配，將其用于厭氧消化產生甲烷以及水楊酸化解產生優質碳源；另一方面，用于生產優質碳源的同時，將一部分優質碳源投入生物處理單元之中，并將另外一部分用于甲烷生產。

3污水處理廠碳源利用和分配方式方法

3.1碳源分配技術路線分析

在對化學強化初沉污泥進行應用過程中，主要以厭氧消化產甲烷以及厭氧水解酸化產酸為主，為解決額外加碳源成本相對較高的問題，需要通過對污泥水解酸化進行合理應用以便產生一定量的脂肪酸，并用于生物處理單元反硝化脫氮處理，確保碳源不足問題能夠得到妥善解決。由于該污水處理廠主要以海河泊污水處理為主，所以，在進行碳源分配技術路線的設置時，主要分為以下兩部分：（1）對化學強化初沉污泥進行分配，用于厭氧消化產甲烷以及厭氧水解產酸，通過科學進行分配比例設計的方式，按照實際工程相關數據內容完成計算任務；（2）將所有初沉污泥全部應用到厭氧水解酸化降解之中，完成優質碳源的生產。在獲得碳源之后，會對其進行分配，一部分用于生物脫氮除磷處理，另一部分用于甲烷生產。

兩種碳源分配處理模式優勢和缺點并不相同，能夠通過對水解酸化液的應用，完成初沉污泥的合理處理，確保能夠生成性能更加穩定的甲烷。而另一種分配模式會比第一種分配模式對碳源的利用更加徹底，但存在在進行厭氧消化處理之前，需要進行pH調節的情況。此種處理方法存在運營成本和工藝難度都相對較高的問題，在具體進行碳源分配方式的選擇時，需要根據實際要求確定最佳方案，做好優缺點分析，以便更好地完成碳源分配任務[4-5]。

3.2初沉污泥分類處理

3.2.1處理方式方法

在進行初沉污泥分配過程中，需要明確化學一級強化節流碳源總量、污水處理廠需要碳源總量以及厭氧消化產甲烷碳原量等各項內容。按照相應技術路線完成污泥的使用，做好水解酸化池中產酸處理。通過外加碳源的方法，完成污水脫氮除磷操作。將一定比例初沉污泥回流到厭氧消化系統之中，完成甲烷生產。在對甲烷產量進行調查之后發現，此種處理方法所產生的早期產量要遠遠高于傳統污水處理方法，經濟效益較為理想。

采用另外一種分配方法時，仍然需要掌握碳源總量以及其他各項數據內容。在確定各項數據之后，需要將碳源全部用于水解酸化處理之中，在完成生物單元處理輔助的基礎上，用于厭氧消化系統進行甲烷生產。

3.2.2處理結果分析討論

通過對現行使用處理方法的研究和分析，結合系統沼氣產量以及其他各部分數據，發現利用碳源用于厭氧消化系統，完成甲烷生產的處理模式，所獲得沼氣量是傳統系統生成沼氣量的兩倍。用于水解酸化產酸處理模式中的初沉污泥含量，占總污泥含量42%，厭氧消化部分的污泥含量占總污泥含量的58%。將全部污泥用于水解酸化處理，獲得碳源，會將44%的水解酸化液投入生物處理單元之中，將56%的水解酸化液用于甲烷生產。此兩種方案比例數據可以作為參考，用于實際工程的指導。

運用三氯化鐵、硫酸鋁以及聚合硫酸鐵，分別對污水中的有機碳源進行截留處理。通過對處理數據進行總結和分析的方式，確定3種處理方法相應截留效率。按照結果顯示，使用硫酸鋁進行截留處理的效果更為理想，但因為需要考慮到絮凝劑特性以及經濟成本等內容，會使用三氯化鐵作為混凝劑進行使用，以便保證整體截留能夠達到最優狀態。

在對經濟成本與截留率等各方面內容進行充分考量之后，會通過展開實驗操作的方式，對投入量進行嚴格控制，確保能夠合理對磷酸鹽及其他內容的投入量進行科學設計。不僅須要做好三氯化鐵投入量的控制工作，同時還要對攪拌時間進行合理管控。按照混凝實驗特點，對攪拌時間進行控制，保證攪拌快慢的均勻程度。一般建議將三氯化鐵攪拌速率控制在60r/min左右，并且保持8min以上的攪拌速度。

在中溫厭氧消化環境中，利用初沉污泥獲得的甲烷產量相對較高，要高于普通污泥產量的50%左右，且甲烷產生效率也相對較高，整體應用優勢較為突出。所以，需要進一步加大對化學強化初沉污泥的研究力度，通過利用其合理進行污水處理的方法，保證初沉污泥應用效果能夠達到最佳狀態，可以改變以往使用普通初沉污泥效果相對較弱的問題。在高溫厭氧消化以及中溫厭氧消化環境之下，當三氯化鐵投入量增加到一定數值之后，會出現初沉污泥降解率以及溶解性碳水化合物降解率等，紛紛出現明顯下降趨勢。整體降解率會遠低于普通初沉污泥降解效果，導致后續系統產甲烷量出現明顯下降的情況。因此，在進行混凝劑投入量以及三氯化鐵投入量設置時，需要通過反復進行對比實驗的方式，確定最佳投入量。確保不會因為投入過大或者過小的問題，而導致后續使用受到不同干擾。應保證初沉污泥處理效果能夠達到最佳，從而達到有效提高甲烷產量的目標，確保污水處理經濟效益能夠得到顯著提升，且整體污水處理成本能夠被控制在合理范圍之內，實現理想化污水處理模式，保證城鎮污水處理廠的作用和價值能夠得到充分發揮。

通過對中高溫厭氧消化對比實驗結果進行深度分析發現，在中溫厭氧消化的環境之中，初沉污泥單位所累積產生的甲烷數量要遠遠高于高溫厭氧消化環境。中溫厭氧消化單位累積甲烷含量，高出高溫厭氧環境產量29%左右。在中溫條件下，初沉污泥降解率相對較為理想，要遠遠高于高溫環境條件。經過綜合對比分析和綜合研究確定，中溫厭氧消化條件會更加適合初沉污泥處理與應用，在具體進行初沉污泥處理過程中，需要合理對處理溫度進行嚴格控制，保證厭氧消化條件能夠達到中溫要求。通過對溫度以及各項反應條件進行合理管控的方法，保證能夠為整體處理創造出更加理想的環境，進而達到有效提高甲烷產量以及提高初沉污泥降解率的目標，確保污水處理效aKfHJEqM2vwDGfDwSxvjOg==果能夠達到理想狀態[6]。

4結語

通過研究可以發現，從源頭起對有機物質進行截流處理，能夠在有效提高污水處理效率的同時，保證進水碳源利用效率。確保能夠切實降低污水處理運行能耗，保證二級生物處理負荷能夠得到有效減輕。可以通過對厭氧消化處理工藝的深層次研究，用有效手段不斷提升初沉污泥產甲烷潛力，以便更好地為污水廠所用。由于初沉污泥厭氧消化強化處理內容相對較多，無法逐一進行闡述，所以本文研究并不全面，只希望能夠為業界相關研究提供一些理論方面參考。

參考文獻

[1] 韋政.太湖流域城鎮污水處理廠提標增效技術集成體系研究[D].上海：華東師范大學，2022.

[2] 袁飛，馬一行，衛鳴志.城鎮污水處理廠強化生物脫氮除磷的工藝優化探索與應用[J].凈水技術，2021，40（10）：173-178.

[3] 周愛軍，王曉敏，梅榮武.浙江標準下的城鎮污水處理廠提標改造工藝研究[J].環境污染與防治，2021，43（10）：1316-1320.

[4]鮑任兵，高廷楊，宮玲，等.污水生物脫氮除磷工藝優化技術綜述[J].凈水技術，2021，40（9）：14-20.

[5] 趙子豪.城鎮污水處理廠穩定脫氮智能控制研究[D].杭州：浙江大學，2021.

[6] 李家駒，鄭興燦，李鵬峰，等.基于新地方標準的城鎮污水處理廠提標調研方案[J].環境工程，2020，38（7）：13-18.